基于大数据的轨道交通沿线常规公交线网优化方法
——以合肥市为例

林丽凡

（合肥市规划设计研究院,安徽 合肥230041）

1 概述

轨道交通和常规公交是城市公共交通系统的主要组成部分,城市轨道交通的建设和运营极大地改变了市内交通的发展和市民的出行方式,为解决城市的交通问题,仍需要常规公交发挥其自身的作用,积极地与轨道交通进行配合,提升城市整体公共交通运输能力。因此,在轨道客流走廊内,对沿线常规公交线路进行适应于轨道交通线路的优化调整,使二者良好地结合及衔接,将实现对客流的有效集散,进一步提高城市整体公共交通的吸引力水平。

大数据关注人的时空出行规律,能够以全覆盖方法为城市规划提供数据支撑,为科学优化公交线网提供技术支持。本文以合肥市轨道交通3 号线以及与之在同一客流走廊内的并线常规公交线路为研究对象,探讨基于大数据的轨道交通沿线常规公交线网优化方法,使轨道交通和常规公交两种网络线能合理衔接,充分发挥二者的优势,减弱客流重叠的现象。

2 数据基础

研究应用到的大数据技术手段主要包括：利用手机信令数据分析轨道上下站乘客出行OD分布特征与利用公交车辆GPS和IC卡基础数据库推算现状公交线路出行客流特征。

2.1 公交IC卡和GPS数据融合分析技术。本文研究所需的公交基础数据包括IC 卡刷卡数据、车辆GPS 数据、站点地理信息以及线路站点信息等。项目组基于2018 年9 月16 号-2018 年9 月29 号的连续14 天的IC 卡刷卡数据和GPS 数据对全市公交乘客出行OD进行计算,其中IC卡日均记录996715 条,公交车GPS 日均记录15837118 条。

对于采用一票制的公交刷卡数据,刷卡记录中没有乘客的上车站点、下车站点、下车时间、换乘记录等信息,因此研究对公交IC卡数据、公交车辆GPS数据进行融合处理和挖掘分析。通过乘客的IC 卡刷卡时间寻找时间最近值时该车辆所在的位置作为上车位置,搜索该线路所有站点和上车位置中距离最近的站点作为上车站点；利用IC卡时刻、GPS时刻及经纬度,结合站点位置信息,以IC卡编号为单位统计出行信息,依据下次出行上车站点推算上次出行下车站点计算各站点下客流量[1]。在确定乘客上车站点和下车站点之后,统计每两个站点之间的客流量,获得乘坐每条公交线路出行的乘客OD 矩阵,从而掌握现状公交线路的站间OD、站点上下客量、换乘量等公交客流出行特征。

2.2 手机信令数据技术。采集了合肥市域约650 万移动用户（占比超过70%的手机用户量）,2020 年连续1 个月,日均15 亿条手机信令数据。首先利用手机数据建立手机终端用户的出行轨迹。基于手机基站信号与城市地理空间的相互映射关系,将手机用户所有数据匹配至城市地理空间,得到手机用户在城市地理空间中的位置电子脚印,再将时间序列的电子脚印前后连接,得到该手机用户的出行轨迹[2]。其次,通过手机用户在不同时段的出行位置及停留时间,筛选出轨道站点上下站乘客的手机终端群体,从而分析轨道站点上下站乘客的出行OD分布特征。

3 优化思路

结合国内外城市经验和合肥实际,考虑轨道交通3 号线的功能定位,研究构建以轨道交通为主、常规公交为辅的公交网络形成“鱼骨形”的结构,使各层次公交在轨道走廊聚集并合理分担功能,提升走廊运输能级与服务水平。依托轨道交通站点切向布设穿越型公交快线、干线,与轨道交通线路共同构建公交骨架网络；保留部分沿走廊方向公交干线,通过常规公交站距小的优势,服务出行起讫点在轨道交通站点间的客流,在高峰时段对走廊运能进行补充,在轨道交通中断运营等突发状态下,提供应急服务,缓解客流压力；依托轨道交通站点布设公交支线,集散轨道交通客流。

轨道交通影响范围,包括直接吸引范围（两侧800m辐射范围）和间接吸引范围（两侧4km辐射范围）[3]。通过沿线公交线网优化,提高间接吸引范围内公交站点覆盖居住人口与就业岗位的数量,从而提高公共交通线网整体服务覆盖率。

通过走廊上常规公交线路调整和轨道交通接运公交线路新增来逐步实现轨道交通与常规公交“两网融合”。首先利用公交IC卡数据和公交车辆GPS数据识别公共汽车客流走廊,分析沿线每条公交线路的客流分布特征,对与轨道交通走廊重复的公交线路进行逐条分析,提出优化方案；其次利用手机信令数据识别轨道站点上下站乘客出行OD分布特征,识别常规公交服务客流通道,根据通道客流量识别常规公交线路走向,形成新增公交线路规划方案。

图1 轨道3 号线沿线常规公交线网结构

4 优化方案

4.1 现状常规公交线路调整优化

4.1.1 优化策略。（1）分区优化策略。中心城区：轨道走廊上存在重复系数较高的公交线路。应适量减少或整合与轨道交通线路重复有竞争力的公交线路,同时加强常规公交线路与轨道交通的接驳关系。外围区域：公交线路稀疏,很多区域公交走廊没有覆盖。应调整现有与轨道交通站点衔接的公交线路,并新增公交支线使之串联起区域内的居民区和商业区等实现公交微循环。（2）分级优化策略。研究对与轨道交通同向连续共站5 站及以上的公交线路分析其调整优化的可能性,分别对快线、干线、支线和微线提出线路优化策略。

表1 分级优化策略

4.1.2 线路优化调整方案。截止2019 年9 月,合肥市共有公交线路268 条,公交线路总长度为4404.3km,公交线网总长度为1825.7km。公交系统日平均客流量为136 万人次/日,线路日均客运量为5826 人次/日。其中,与轨道3 号线站点交叉线路共56 条；与轨道线路重合站点3 个以下的公交线路共计29 条；与轨道线路重复站点4 个的公交线路共2 条；重复站点大于5 个的公交线路共10 条。

结合公交线路OD分布特征,对沿线重复站点大于5 个的10条公交线路进行逐条分析,共保留134 路、302 路、304 路、602 路和621 路共计5 条线路、优化调整124 路、105 路、233 路、301 路和32路共计5 条线路。

调整示例如下：根据线路客流特征,105 线路以到达政务区（休宁路以南）的客流为主（达到45.5%）,与轨道3 号线重复段上下客比例达到74.1%。因此,轨道3 号线开通后,线路具备调整条件,建议调整为服务政务区的公交线路,调整后的线路总长15.8km。

图2 105 路线路客流分析105 路线路优化方案

4.2 新增轨道接运公交线路规划。在对轨道沿线现状常规公交线路调整优化的基础上,结合手机信令数据对各个站点客流分布进行分析,叠加优化后的现状公交线路,识别出需要新增的接运公交线路具体走向。

对轨道3 号线间接影响范围内公交线路500 米服务覆盖面分析显示,新站区、肥西存在接运公交服务空白区域,建议新增接驳公交支线,提升公交服务能力。基于栅格客流量分析,根据单向客流量高的OD 选取线路,系统筛选出单向客流量大于50 人次·d-1的客流OD[4],形成接运公交线路初始方案。综合考虑线路两端公交站场位置、沿线客流集散点分布、线路技术指标等因素,确定具体线路走向,共新增接运公交支线4 条,分别服务轨道交通3 号线相城路站、职教城东站、职教城站、幼儿师范站、幸福坝站等站点的客流集散。

图3 轨道3 号线沿线公交服务空白

4.3 方案评价。以轨道交通沿线公交线网评价为目标,以保证公交线网自身合理性、减少常规公交与轨道交通的竞争、增加常规公交与轨道交通的合作为准则,形成七个具体评价指标[5]。对调整后的沿线线网按照评价指标分别进行计算,计算结果如下表所示。

表2 调整前后线路指标值

从评价结果来看,线路经过调整,在轨道间接影响范围内公交线路网比率、线路网密度、站点覆盖人口和就业岗位比率、线路重复系数、线路交叉系数、与轨道交通站点间换乘步行时间方面有比较明显的变化,因此调整方案的实施使得公交线网朝着更优的方向发展。

5 结论

本文基于公交IC卡、GPS数据,分析轨道交通沿线常规公交线路客流OD 分布,优化走廊沿线现状常规公交线路走向,并依托手机信令数据对轨道站点上下站客流分布进行分析,识别常规公交客流服务通道,新增轨道接运公交线路。通过对调整前后的沿线线网指标进行评价表明,调整后的方案使得公交线网更加合理,能够实现城市轨道交通与常规公共交通系统的协调衔接,促进轨道交通网与常规公交网“两网融合”。